[发明专利]一种旋耕机刀轴尺寸多准则设计优化方法

摘要

一种旋耕机刀轴尺寸多准则设计优化方法，旋耕机刀轴尺寸设计必须同时考虑承受应力准则函数和成本准则函数，建立旋耕机刀轴尺寸设计时必须满足的各种约束性条件，先分别求解每个准则函数对应最小值，然后定义多目标理想点非线性规划问题，最后利用数值优化算法计算得到旋耕机刀轴最优尺寸参数。本发明的最重要的特征是将旋耕机刀轴的承受应力准则和成本准则都作为考虑的目标，通过多目标理想点法将这两个目标关联起来，操作简单，易于理解，而且得到的结果既能满足旋耕机刀轴安全作业的需要，又能在很大程度上保证其经济性。

主权项

1.一种旋耕机刀轴尺寸多准则设计优化方法，其特征在于：所述优化方法包括如下步骤：1)、建立旋耕机刀轴承受应力函数和成本函数，分别参见式(1)和(2)：其中，变量x₁表示旋耕机刀轴的外径，单位为mm；变量x₂表示旋耕机刀轴的内径，单位为mm；M为旋耕机刀轴的弯矩，单位为N·mm；M_n为旋耕机刀轴的扭矩，单位为N·mm；L为旋耕机刀轴的长度，单位为mm；Q为旋耕机刀轴材质的单位质量价格，单位为元/g；ρ为旋耕机刀轴材质的密度，单位为g/mm³；2)、建立旋耕机刀轴强度条件、临界转速条件、扭转失稳条件和制造工艺条件，分别参见式(3)、(4)、(5)和(6)：g₄(x₁,x₂)＝b‑x₁+x₂≤0  (6)其中，σ为旋耕机刀轴的容许应力，单位为MPa；δ为旋耕机刀轴临界转速的安全系数；n_max为旋耕机刀轴的最高转速，单位为r/min；E为旋耕机刀轴材料的弹性模量，单位为MPa；b为旋耕机刀轴外径和内径的容许差值，单位为mm；3)、结合旋耕机刀轴承受应力函数(1)和四个约束条件(3)～(6)，定义非线性规划问题，参见式(7)：其中，符号“s.t.”表示约束，利用数值优化算法求解规划问题(7)，得最小函数值f₁^*；4)、结合旋耕机刀轴经济性成本函数(2)和四个约束条件(3)～(6)，定义非线性规划问题，参见式(8)：利用数值优化算法求解规划问题(8)，得最小函数值f₂^*；5)、结合旋耕机刀轴承受应力函数(1)、经济性成本函数(2)和四个约束条件(3)～(6)，定义多目标理想点非线性规划问题，参见式(9)：利用数值优化算法求解规划问题(9)，得旋耕机刀轴外径和内径分别为x₁^*和x₂^*。